KR0152449B1 - Diffuse secondary emission electron shower - Google Patents

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KR0152449B1
KR0152449B1 KR1019920012684A KR920012684A KR0152449B1 KR 0152449 B1 KR0152449 B1 KR 0152449B1 KR 1019920012684 A KR1019920012684 A KR 1019920012684A KR 920012684 A KR920012684 A KR 920012684A KR 0152449 B1 KR0152449 B1 KR 0152449B1
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모오리스 벤베니스테 빅터
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프랑크 엠 사죠벡
이턴 코오포레이숀
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Abstract

본 발명은 향상된 비임 중화기를 특징으로 하는 이온주입에 관한 것이다. 실린더형 전자소오스는 이온비임이 주입실에 들어오기전의 위치에서 이온비임을 둘러싼다. 전자소오스의 규칙적으로 공간을 둔 공동은 통전하여 전자를 방출하는 전선필라멘트를 포함한다. 전자는 이온비임의 영역을 통해 가속되고 실린더형 전자 지지대의 안쪽으로 마주한 벽과 충돌한다. 이로 인해 이온비임을 중화시켜 저에너지전자 방출을 한다. 이온화 가스를 전자방출면과 이온비임간의 영역에 주사하므로서 비임중화기 수행이 향상된다.The present invention is directed to ion implantation characterized by an improved beam neutralizer. The cylindrical electron source surrounds the ion beam at the position before the ion beam enters the injection chamber. The regularly spaced cavity of the electron source contains wire filaments which energize and emit electrons. Electrons are accelerated through the region of the ion beam and collide with the walls facing inwardly of the cylindrical electron support. This neutralizes the ion beam and emits low energy electrons. By performing the ionizing gas into the region between the electron emitting surface and the ion beam, the performance of the non-neutralizer is improved.

Description

확산 이차 방출 전자샤워Diffused secondary emission

제1도는 주입장치의 개략도.1 is a schematic view of an injection device.

제2도는 이온소오스에서 이온 주입실까지 이온비임통로를 도시한 이온 주입기의 단면도.2 is a cross-sectional view of the ion implanter showing the ion beam path from the ion source to the ion implantation chamber.

제3도는 저에너지 전자을 이온비임에 주사하는 비임 중화기를 도시한 이온 주입기의 단면도.3 is a cross-sectional view of an ion implanter showing a beam neutralizer for injecting low energy electrons into an ion beam.

제3a도는 제3도의 선(3A-3A)을 택한 평면도.3A is a plan view taken along line 3A-3A in FIG.

제3b도는 제3도의 선(3B-3B)을 한 평면도.3B is a plan view taken along line 3B-3B of FIG.

제4도는 다중필라멘트에 이용되고 안쪽으로 마주한 이차전자 방출면을 예시한 실린더형 지지대의 단면도.4 is a cross-sectional view of a cylindrical support used for multifilament illustrating the inward facing secondary electron emission surface.

제5도는 고에너지 전자를 비임중화기의 영역에 직사하는 필라멘트를 확대한 평면도.5 is an enlarged plan view of a filament that directs high energy electrons to the area of the non-neutralizer.

제6도는 등간격의 다중의 필라멘트에서 방출된 고에너지 일차전자로부터 이차전자 발생을 도시한 비입중화기의 개략도.6 is a schematic diagram of a non-integrator showing secondary electron generation from high-energy primary electrons emitted from multiple equally spaced filaments.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

12 : 이온 소오스 14 : 분해자석12: ion source 14: decomposed magnet

22 : 이온주입실 40 : 지지대22: ion implantation room 40: support

116,118,120 : 전지 110 : 패래데이컵116,118,120 Battery 110 Faraday Cup

150 : 중화기 160 : 필라멘트150: neutralizer 160: filament

166 : 절연체 270, 272 : 너트166: insulator 270, 272: nut

274 : 스프링274: spring

본 발명은 이온주입기 특히 이온주입기용 이온비임 중화기에 관한 것이다. 이온 주입기는 실리콘 웨이퍼를 도핑하여 반도체를 제조하는데 이용된다. 웨이퍼를 도핑하는데 이용되는 불순물은 이온화되어 이온비임으로 형성되면 이온비임을 웨이퍼에 충돌시켜 이온비온을 실리콘 웨이퍼를 도핑하는데 이용된다. 주입 도핑시스템에서 발생하는 하나의 문제점은 웨이퍼 대전이다. 이온비임이 웨이퍼와 직접 접촉할 때 양으로 대전된 이온으로 웨이퍼 전하가 웨이퍼면을 때린다.The present invention relates to ion implanters, in particular ion beam neutralizers for ion implanters. Ion implanters are used to fabricate semiconductors by doping silicon wafers. Impurities used to dope the wafer are ionized to form an ion beam, which is then used to dope the silicon wafer by impinging the ion beam onto the wafer. One problem that arises in implantation doping systems is wafer charging. When the ion beam is in direct contact with the wafer, the wafer charge hits the wafer surface with positively charged ions.

대전은 보통 불균인하고 웨이퍼를 손상시킬 수 있는 많은 전기장을 발생할 수 있어 이것을 반도체 재료로 이용하기가 적당하지 않다.Charging is usually uneven and can generate many electric fields that can damage the wafer, making it unsuitable for use as a semiconductor material.

종래의 주입시스템에서 전자샤워장치(electron shower deviece)가 이온비임의 공간전하를 중화시키는데 이용되었다. 기존의 전자샤워장치는 에너지 전자가 금속면을 때릴 때 야기되는 이차전자방출을 활용한다.In a conventional injection system, an electron shower device was used to neutralize the space charge in the ion beam. Conventional electronic shower devices utilize secondary electron emission caused when energy electrons strike a metal surface.

금속면으로부터의 저에너지 전자는 이온비임에 차단되거나 웨이퍼면과 직접 충돌하거나 하여 웨이퍼를 직접 중화시킨다.Low-energy electrons from the metal plane directly block the ion beam or collide directly with the wafer plane and directly neutralize the wafer.

금속면으로부터 이차방출로 얻어진 전자의 전류밀도는 이온비임과 방출면간의 전위차에 의해 제한된다.The current density of electrons obtained by secondary emission from the metal surface is limited by the potential difference between the ion beam and the emission surface.

비임전위가 매우 양호한 중화로 인해 낮아짐에 따라 방출면에서 축출된 이차방전 전자전류가 감소한다.As the non-potential is lowered due to very good neutralization, the secondary discharge electron current evicted from the emission side decreases.

고립된 웨이퍼위에 직사된 대전된 이온비임의 경우 전자전류는 중화기가 웨이퍼 대전을 방지하기 위해 이온비임 전류와 같아야 한다.In the case of a charged ion beam directly on an isolated wafer, the electron current must be equal to the ion beam current to prevent the neutralizer from charging the wafer.

비임전류가 처음 낮으면, 이온비임 전위가 이차 방출면으로부터 의 전자전류의 필요한 양을 추출하기가 충분한 정도로 될 때까지 웨이퍼가 대전된다.When the beam current is initially low, the wafer is charged until the ion beam potential is sufficient to extract the required amount of electron current from the secondary emission surface.

저전위 이온은 이온비임을 둘러싸는 부전하의 접속으로 비임의 중심이 양이 되고 비임의 외부가 음이 되기 때문에 웨이퍼 전하가 발생하지 않는다는 것을 의미는 아니다.Low-potential ions do not mean that no wafer charge occurs because the center of the beam becomes positive and the outside of the beam becomes negative due to the connection of negative charges surrounding the ion beam.

실제적으로는 금속전자방출면에서 공간전하는 이온비임 통로를 따라 잔류가스 이온화로부터 이온을 느리게 하므로서 부분적으로 중화된다.In practice, the space charge on the metal electron emission side is partially neutralized by slowing ions from residual gas ionization along the ion beam path.

결과적으로 이론적으로 예상한 것보다 더 높은 전자전류가 추축될 수 있고 사실 선행기술은 전류가스압력을 이용해 저에너지 전자를 제공한다.As a result, higher electron currents can be extracted than theoretically anticipated and in fact the prior art uses low current gas pressure to provide low energy electrons.

파레이(farley) 씨의 미합중국 특허 제 4,804,837호에는 이온화 가스를 함유한 중화구역을 통해 앞뒤로 룩정시키는 고에너지전자의 소오스를 가진 비임중화장치를 개재하고 있다.Farley's U.S. Patent No. 4,804,837 discloses a non-neutralizing device with a source of high energy electrons that is swept back and forth through a neutralization zone containing ionization gas.

고에너지 전자가 중화구역을 통과함에 따라 저에너지 전자를 제공하는 가스를 이온화시켜 비임을 중화시킨다.As the high energy electrons pass through the neutralization zone, they neutralize the beam by ionizing the gas providing the low energy electrons.

파래이씨의 '837 특허에 이를 개재했고 이를 여기에 포함했다.It was published in Farray's' 837 patent and included there.

이온비임이 충분히 중화되지 않으면 이온비임은 비임내의 양으로 대전된 이온이 금속충돌로 인해 파괴되거나 팽창한다.If the ion beam is not sufficiently neutralized, the ion beam will break or expand due to metal collision of positively charged ions in the beam.

이 파괴구역을 최소화 하기 위해 전자장멱이 잔자샤워로부터 상류에 위치 시킨다.To minimize this zone of destruction, an electromagnetic field is placed upstream from the residue shower.

일반적인 이온 주입실은 원형통로를 따라 이온비임을 통해 실리콘 웨이퍼를 지지하는 지지대를 가지기 때문에 이온비임이 웨이퍼와 마주친 다음 웨이퍼 지지대가 대지전위로 유지되고 다음 계속되는 웨이퍼도 상기와 같이 된다.Since a typical ion implantation chamber has a support for supporting a silicon wafer through an ion beam along a circular path, the wafer support is held at ground potential after the ion beam encounters the wafer, and the subsequent wafer is as described above.

이로 인해 웨이퍼가 이온비임을 통과할때마다 이온비임 전위가 급격한 섭동을 일으킨다.As a result, whenever the wafer passes through the ion beam, the ion beam potential causes a sudden perturbation.

이 비임전류의 변동은 비임중화영역 상류에 전위구멍판을 설치하므로서 감소된다.This fluctuation in beam current is reduced by providing a potential hole plate upstream of the non-neutralization region.

압축구멍(suppression apertures)를 이용하면 두가지 바람직하지 않은 문제점이 발생한다. 이 구멍은 비임전위의 예리한 발산을 야기하는 경계조건의 문제점을 지닌다.The use of compression apertures introduces two undesirable problems. This hole has the problem of boundary conditions causing sharp divergence of non-potential.

이것은 압축구멍으로부터 하류의 이온비임 파괴를 약화시킬 수 있다.This can weaken ion beam breakdown downstream from the compression aperture.

게다가 구멍의 영역내의 전기장이 주입실 영역 하류에 위치한 비임중화기내의 전자를 편향시킬 수 있다.In addition, the electric field in the region of the aperture can deflect electrons in the non-neutralizer located downstream of the injection chamber region.

이것은 이온비임의 중심코어에서 양의 전하의 영역 및 이온비임의 외부주변에서 음의 전하영역을 생성하기 때문에 바람직하지 못하다.This is undesirable because it creates a region of positive charge in the center core of the ion beam and a negative charge region around the outside of the ion beam.

다시 말해 이온비임이 보드센스(broad sense)에서 중화되고 양의 전하축적이 웨이퍼 중심에서 발생하고 전하가 외부주위에서 발생한다.In other words, the ion beam is neutralized in a broad sense, positive charge buildup occurs at the center of the wafer, and charge occurs outside.

이로 인해 바람직하지 않은 전기장이 생성된다. 퍼래이씨의 '837 특허의 목적은 이온비임이 충돌하는 가스분자의 영역에서 시간주기 전자를 증가시켜 이차 전자 생성은 증가시키는 것이다.This creates an undesirable electric field. The purpose of Perray's' 837 patent is to increase secondary electron production by increasing time-period electrons in the region of gas molecules where the ion beam collides.

본 발명의 목적은 원형공작물의 이온비임처리용 이온주입기에 관한 것이다. 이온주입기는 실리콘재료를 이온도핑하여 반도체를 생성하는데 이용된다. 소오스는 양으로 대전된 이온을 방출시키고 이를 원형공작물을 처리하는 이온비임을 형성한다.The object of the present invention relates to an ion implanter for ion beam treatment of circular workpieces. Ion implanters are used to ion-dope silicon materials to create semiconductors. The source releases positively charged ions and forms an ion beam that treats the prototypical workpiece.

비임형성장치는 이온이 이온비임 소오스에 존재할 때 이온으로부터 이온비임을 형성하는 구조를 포함한다.The beam forming apparatus includes a structure for forming an ion beam from ions when ions are present in the ion beam source.

이러한 구조는 일반적으로 이온을 가속시키는 전지는 물론 다량의 이온을 분해해서 바람직하지 않은 질량을 가진 이온과 원형공작물에 직사되는 이온을 분리하는 분해자석을 포함한다.Such a structure generally includes a cell that accelerates ions as well as a decomposing magnet that decomposes a large amount of ions to separate ions having undesirable masses and ions that are directly directed to the circular workpiece.

이온 주입장소 즉 하나이상의 원형공작물에서 일반적으로 실리콘 웨이퍼는 이온비임을 통해 제오된 주입선량을 성취한다.In ion implantation sites, i.e., in one or more circular workpieces, silicon wafers generally achieve the implanted dose through the ion beam.

주입장소 상류에서 비임중화기는 양으로 대전된 이온비임에 의해 웨이퍼 대전을 방지하기 위해 저에너지 전자를 이온비임에 직사한다.Upstream of the injection site, the non-neutralizer directs low-energy electrons directly to the ion beam to prevent wafer charging by positively charged ion beams.

비임중화기는 비임중화전자를 제공하는 이온비임을 부분적으로 둘러싸는 금속 부재와 고에너지 전자를 직사하여 금속부재의 안쪽으로 마주한면과 접촉시켜 저에너지 중화전자가 이온비임의 영역에 들어가게 하고 웨이퍼 대전을 감소시키는 다수의 필라멘트를 포함한다.The non-neutralizer directs high-energy electrons and the metal member partially surrounding the ion beam providing the non-neutralized electrons in direct contact with the surface facing the inner side of the metal member so that low-energy neutralized electrons enter the region of the ion beam and reduce wafer charging. It includes a plurality of filaments.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 만들어진 이온주입기는 안쪽으로 마주한 실린더형 전자방출면을 형성하는 실린더형 부재를 포함한다.An ion implanter made in accordance with a preferred embodiment of the present invention includes a cylindrical member forming an inwardly facing cylindrical electron emitting surface.

고에너지 전자를 방출하는 필라멘트는 실린더형 부재의 공동내에 위치되어 있다.The filaments emitting high energy electrons are located in the cavity of the cylindrical member.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 실린더형 몸체는 비임중화를 성취하기에 충분한 이온비임을 따라 거리를 연장한다.According to a preferred embodiment of the invention the cylindrical body extends the distance along the ion beam sufficient to achieve non-neutralization.

이것은 위에서 언급했듯이 선행기술의 주입기에서 바람직하지 않은 결과를 나타내는 압축전지 없이도 성취된다.This is accomplished without a compressed cell, which, as mentioned above, produces undesirable results in prior art injectors.

제1도는 이온소오스(12)와 고전압 하우징(16) 내에 포함된 비임분해자석(14)을 가진 이온 주입장치(10)을 도시한 것이다.FIG. 1 shows an ion implantation apparatus 10 having an ion source 12 and a beam decomposing magnet 14 contained within the high voltage housing 16.

소오스(12)로부터 방출되는 이온비임(20)은 하우징(16)이 존재하는 제어된 이동통로를 따르고 이온주입실(22)에 들어간다.Ion beam 20 exiting source 12 follows a controlled movement path in which housing 16 resides and enters ion implantation chamber 22.

소오스(12)로부터 주입실(12)까지 비임이동통로를 따라 이온비임(20)이 형성하고 고전압의 이온주입실(16)로부터 정지된 주입실까지 전위강하로 약화되어 가속된다.An ion beam 20 is formed along the beam movement path from the source 12 to the injection chamber 12, and is accelerated by weakening with a potential drop from the ion injection chamber 16 of high voltage to the stationary injection chamber.

분해자석(14)은 적당한 질량을 가진 이온들을 이온주입실(22)에 접근시킨다. 하우징(16)으로부터 주입실(12) 까지 이동통로를 따라 고전압하우징(16) 고 주입실(22)을 고립시키는 전기절연체로 만들어진 고전압 절연부싱(16)을 이온비임(20)이 통과한다.The decomposing magnet 14 approaches the ion implantation chamber 22 with ions having a suitable mass. The ion beam 20 passes through a high voltage insulating bushing 16 made of an electrical insulator that isolates the high voltage housing 16 and the high injection chamber 22 along the moving passage from the housing 16 to the injection chamber 12.

이온주입실(22)은 이동패데스텔(pedestal)(28) 위에 지지되어 있다.The ion implantation chamber 22 is supported on a moving pedestal 28.

이것은 주입실(22)을 이온비임에 대해 정령시킨다.This clears the injection chamber 22 with respect to the ion beam.

이온비임은 축(42) 주위에서 회전하도록 설치된 웨이퍼지지대(40)와 충돌한다. 웨이퍼지지대(40)의 외주변 주위에서 웨이퍼 지지대(40)는 다중실리콘을 지지하고 이들 웨이퍼를 원형통로를 따라 이동시킨다.The ion beam collides with the wafer support 40 installed to rotate around the axis 42. Around the outer periphery of the wafer support 40, the wafer support 40 supports the multisilicon and moves these wafers along the circular path.

이온비임(20)은 원형웨이퍼 이동통로를 차단하여 이온을 각각의 웨이퍼에 충돌시키는 이온불순물으로 이들 웨이퍼를 선택적으로 도핑시킨다.The ion beam 20 selectively dope these wafers with ionic impurities that block the circular wafer travel path and impinge the ions onto each wafer.

웨이퍼가 지지대 위에 위치한 후 지지대(40)를 회전시키는 모우터(50) 가 지지대(40)를 고속으로 회전시킨다.After the wafer is placed on the support, the motor 50 rotating the support 40 rotates the support 40 at high speed.

이온 주입장치에 관한 부가적인 세부사항은 암스트롱(Armstrong)씨등의 미합중국 특허 제 4,672,210호에 포함되어 있다. 이를 여기에 참고로 포함했다.Additional details regarding the ion implantation apparatus are included in US Pat. No. 4,672,210 to Mr. Armstrong et al. This is included here for reference.

실리콘 웨이퍼가 로보트팔 (70) 에 의해 진공포트(71)를 통해 이온주입실(22)에 끼워진다.The silicon wafer is inserted into the ion implantation chamber 22 through the vacuum port 71 by the robot arm 70.

이온주입실(22)은 진공펌프(72)에 의해 이온비임통로를 따르는 압력과 같은 저압력으로 진공된다.The ion implantation chamber 22 is vacuumed at a low pressure, such as the pressure along the ion beam path, by the vacuum pump 72.

로버트팔(70)은 웨이퍼를 축적하는 카세트(73) 간의 앞뒤로 웨이퍼를 이동시킨다.Robert arm 70 moves the wafer back and forth between the cassettes 73 that accumulate the wafer.

이 이송을 성취하는 메카니즘을 선행기술에 공지되어 있다. 부가적인 펌프(도시되지 않음)가 소오스(12)로부터 주입실(22)까지 이온을 진공시킨다. 제1도 및 제2도에서 알수있듯이 소오스(12)에서 탈출한 이온들은 직선통로를 따라 분해자석(14)으로 이동한다.Mechanisms for achieving this transfer are known in the prior art. An additional pump (not shown) vacuums the ions from the source 12 to the injection chamber 22. As can be seen in FIGS. 1 and 2, the ions escaping from the source 12 move to the decomposing magnet 14 along a straight path.

소오스(12)는 타원형 모양의 탈출구멍을 가진 고밀도 플라즈마실(76)을 포함한다.The source 12 includes a high density plasma chamber 76 having an elliptical escape hole.

소오스에 관한 부가적인 설명은 밴비니스트(Benveniste)씨들의 미합중국 특허 제 5,026,997호에 개지되어 있고 이를 참고로 여기에 포함했다.Additional description of the source is disclosed in US Pat. No. 5,026,997 to Mr. Benveniste, which is incorporated herein by reference.

이온들이 탈추구멍 외측에 위치한 추출전지 (80) 에 의해 설정된 전기장에 의해 플라즈마실(76)으로부터 가속되어 분해자석(14) 의 영역에 들어간다.Ions are accelerated from the plasma chamber 76 by the electric field set by the extraction battery 80 located outside the extraction hole and enter the region of the decomposition magnet 14.

분해자석(14) 은 적당한 질량을 가진 이온들을 주입궤도에 굴절시키는 자기장을 발생시킨다. 이들 이온들은 분해자석(14)을 탈출하고 이동통로를 따라 가속되어 주입실(12)에 유도된다.The decomposing magnet 14 generates a magnetic field that refracts ions having a suitable mass in the orbit. These ions escape the decomposition magnet 14 and are accelerated along the movement path to be introduced into the injection chamber 12.

자석요크(82)는 제2도에 도시하지 않은 필드와인딩(field winding) 으로 묶어져 있다.The magnet yoke 82 is tied with field windings not shown in FIG.

고전압하우징(16)내에 위치한 주입제어회로는 자석의 필드와인딩의 전류를 제어하므로서 자기장세기를 조정한다.The injection control circuit located in the high voltage housing 16 adjusts the magnetic field strength by controlling the current in the field winding of the magnet.

소오스(12)는 이식용 이온들과 다른 질량을 가진 큰 마찰을 가진 이온을 발생시킨다. 이들 바람직하지 않은 이온들은 분해자석(14)에 의해 편향되지만 주입궤도를 이탈한다.The source 12 generates ions with large friction with masses different from those for implantation ions. These undesirable ions are deflected by the decomposing magnet 14 but deviate from the orbit.

무거운 이온들이 커다란 직경궤도를 따르고 자석에 부착된 목표판(86)을 친다. 주입에 이용되는 이온들보다 더 가벼운 이온들은 조밀한 반경궤도를 따르고 목표판(90)을 친다. 목표판(86),(90)은 이온의 충격에 의해 가열되는 경향이 있다. 열을 감소시키는 냉매들이 목표판(86),(90)용 지지대(도시되지 않음)를 통해 공급된다.Heavy ions follow a large orbit and strike the target plate 86 attached to the magnet. The ions, which are lighter than the ions used for implantation, follow a compact radius orbit and strike the target plate 90. The target plates 86 and 90 tend to be heated by the impact of ions. Refrigerants that reduce heat are supplied through supports (not shown) for target plates 86 and 90.

패래데이컴(110)이 분해자석(14)의 하류위치의 비임이동통로를 따라 위치해 있다. 패레데이컵 (110)은 이온을 차단하고 이온이 주입실(22)에 도달하는 것을 방지한다. 패래데이컵(110)은 비임이 설정되는 동안 이온비임전류를 감지하는데 이용된다.Faradaycom 110 is located along the beam moving path downstream of the decomposition magnet (14). The Faraday cup 110 blocks ions and prevents ions from reaching the injection chamber 22. The Faraday cup 110 is used to detect the ion beam current while the beam is being set.

웨이퍼가 주입실(22)에 적재 또는 비적재할 때 처럼 이온주입이 정지할 때 다른 시간간격동안 이온을 차단하는데 이용된다.It is used to block ions during other time intervals when ion implantation stops, such as when the wafer is loaded or unloaded into the implant chamber 22.

분해자석(14)을 탈출한 후 고전압 고립부싱(26) 앞에 위치한 사극렌즈(112) 가 이온비임(20)을 초점을 맞춘다.After exiting the decomposed magnet 14, the quadrupole lens 112 located in front of the high voltage isolation bushing 26 focuses the ion beam 20.

사극렌즈(112)는 볼록렌즈가 광비임을 갖는 초점효과와 유사하게 이온비임을 이메지포인트(image point) 에 직각방향으로 초점을 맞추기 위해 이온비임(20)내의 이온을 굴절시킨다. 사극렌즈(112)에 의해 충분히 굴절되거나 초점이 맞지 않은 이온비임(20)내의 이온들은 이온비임에서 탈출하고 이온주입실(12)에 결코 도달하지 않는다.The quadrupole lens 112 refracts ions in the ion beam 20 to focus the ion beam at right angles to the image point, similar to the focus effect of the convex lens having a light beam. Ions in the ion beam 20 that are not sufficiently refracted or focused by the quadrupole lens 112 escape from the ion beam and never reach the ion implantation chamber 12.

이메지포인트(114)의 영역에 도달하는 이온들은 바람직한 최종 주입에너지까지 직렬전지(116),(118),(120) 에 의해 가속된다.Ions reaching the region of image point 114 are accelerated by series cells 116, 118, 120 up to the desired final implantation energy.

이온주입동안, 페레데이컵(110)이 이온비임 통로에서 제거되고 이온비임이 중화기(150)에 들어온다.During ion implantation, the Faraday cup 110 is removed from the ion beam passageway and the ion beam enters the neutralizer 150.

비임중화기(150)는 저에너지 전자를 이온비임전류와 같은 비율로 이온비임을 직사하여 주입실(22)내웨이퍼 대전을 최소화 한다.The non-neutralizer 150 minimizes the charge of the wafer in the injection chamber 22 by directing the low energy electrons at the same ratio as the ion beam current.

제3도, 제3a도, 제3b도 및 4-6은 본 랍명에 따라 설계된 비임중화기 (150)의 바람직한 실시예를 예시한다.3, 3a, 3b and 4-6 illustrate a preferred embodiment of the deneuterizer 150 designed according to the present name.

제6도는 비임중화기의 작동을 대략적으로 설명했다.6 outlines the operation of the deneuterizer.

이 설명에서 비임중화기(150)는 직경 (R1)을 가진 이온비임(20)에 대해 위치되어 있다.In this description the non-neutralizer 150 is positioned relative to the ion beam 20 having a diameter R1.

이온비임을 중화하는 저에너지 이차전자를 제공하는 실린더형면(S)이 이온 비임으로부터 바깥쪽으로 방사상으로 공간을 두고 있다.The cylindrical surface S, which provides low energy secondary electrons to neutralize the ion beam, has a space radially outward from the ion beam.

공간을 바깥으로 한 면(S) 다수의 신장된 필라멘트(160)들이 모든 방향으로 전자를 방출한다. 만곡된 반사기(R)가 갭(gap)(G)을 통해 이온비임(20)으로부터 멀리 이동하는 전자를 재직사하여 방출된 전자를 높은 퍼센트 이온비임(20)의 영역을 통해 가속시켜 면(S)와 충돌하게 한다.Spaced out side (S) A plurality of elongated filaments 160 emit electrons in all directions. The curved reflector R redirects electrons moving away from the ion beam 20 through a gap G, accelerating the emitted electrons through the region of the high percent ion beam 20, the surface S ).

고에너지 전자를 면 (S)에 충돌시키면, 저에너지 이차 전자방출(161)을 일으킨다. 이차전자는 전자방출면(S)으로부터 이온비임의 영역에 이동하여 이온비임을 중화시킨다.When high-energy electrons collide with plane S, low-energy secondary electron emission 161 is caused. The secondary electrons move from the electron emission surface S to the region of the ion beam to neutralize the ion beam.

원통형 전자방출면(S)은 이온비임을 따라 약 10인치 연장한다. 이 길이는 단위시간당 전자의 집속(비임중화전류)를 허락하여 이온비임을 통해 웨이퍼가 회전하기 때문에 이온비임 전위가 급격히 변화할지라고 비임을 중화시킬 수 있다.The cylindrical electron emitting surface S extends about 10 inches along the ion beam. This length allows electron focusing (non-neutralizing current) per unit time, and the wafer rotates through the ion beam, thereby neutralizing the beam whether the ion beam potential will change rapidly.

비임중화기(150)의 바람직한 구조의 설명은 다음과 같다.Description of the preferred structure of the de-neutralizer 150 is as follows.

중화기(150)의 영역의 이온비임 이동통로를 둘러싸는 이온주입기 구조는 접지되어 있다.The ion implanter structure surrounding the ion beam movement path in the region of the neutralizer 150 is grounded.

또한 면(S)도 접지되어 있다. 필라멘트(160)를 통하는 전류는 10볼트의 각각의 필라멘트를 따르는 직류전위의 인가하면 약 6암페어가 된다.The surface S is also grounded. The current through filament 160 is about 6 amps with the application of a direct current potential along each filament of 10 volts.

반사기 (R)는 접지에 대해 -300V직류의 전위를 유지하고 필라멘트(160)의 부의단에 접속되어 있다. 나사깎이된 접속기 (163)가 비임중화기(150)을 지지하는 지지판(164)을 통해 연장되고 측벽(162)의 나사깎이된 구멍과 맞물린다. 비임중화기(150)는 필요한 경우 이온주입장치를 제거할 수 있다. 이온비임이 주입실을 통과하는 영역이 진공되어 있기 때문에 , 판(164)과 측벽(162)간의 연결이 진공되어야 한다.The reflector R is connected to the negative end of the filament 160 while maintaining a potential of -300 V DC relative to ground. Screwed connector 163 extends through support plate 164 supporting non-neutralizer 150 and engages a threaded hole in sidewall 162. De-neutralizer 150 may remove the ion implanter if necessary. Since the area where the ion beam passes through the injection chamber is evacuated, the connection between the plate 164 and the side wall 162 must be evacuated.

절연체(166)가 판(164)과 측벽(162)를 전기적으로 절연시킨다.Insulator 166 electrically insulates plate 164 from sidewall 162.

측벽(162) 과 전기적으로 절연된 판(164) 은 이온비임에 직사된 중화기 전류를 감지하게 한다.Plate 164 electrically insulated from sidewall 162 allows sensing of neutralizer currents directly directed to the ion beam.

두 개의 프랜지(170), (171)가 판(164)에 부착되어 있고 이온비임이 영역안쪽으로 방사상으로 연장되어 있다.Two flanges 170 and 171 are attached to the plate 164 and the ion beam extends radially into the area.

중화기 몸체(174)는 면(S)을 형성하고 이온비임 이동통로를 둘러싼다.The neutralizer body 174 forms a surface S and surrounds the ion beam movement path.

중화기 몸체는 나사깎이된 접속기(도시되지 않음) 에 의해 프랜지(170),(171)에 부착된 축방향으로 공간을 둔 단판(176),(177)에 의해 지지되어 있다.The neutralizer body is supported by axially spaced end plates 176, 177 attached to the flanges 170, 171 by means of screwed connectors (not shown).

제4도는 중화기 몸체(174)의 단면도를 도시한다. 몸체(174)는 전자방출 필라멘트(160)를 위치시키는 하중으로 공간을 둔 공동(210)을 형성한다.4 shows a cross-sectional view of the neutralizer body 174. The body 174 forms a cavity 210 spaced under the load that places the electron-emitting filament 160.

필라멘트(160)는 직경 10미리의 텅스턴 전선이 바람직하고 중화기(150)의 길이를 연장한다. 이들은 이온비임(20)의 안쪽으로 방사상으로 개방된 면(S) 에 갭(S) 가지고 배열되어 있다. 각각의 필라멘트 (160)는 필라멘트 어셈블리(220)에 의해 지지되어 있다.The filament 160 is preferably tungsten wire 10 mm in diameter and extends the length of the neutralizer 150. They are arranged with a gap S on the radially open surface S of the ion beam 20. Each filament 160 is supported by a filament assembly 220.

각각의 어셈블리(220)는 나사깎이된 접속기(224) 에 의해 중화기 몸체(174)에 연결된 지지판(222)을 포함한다.Each assembly 220 includes a support plate 222 connected to the neutralizer body 174 by a screwed connector 224.

필라멘트 설치블록(filament mounting block)(226)은 나가깎이된 접속기(228)에 의해 지지판(222)에 연결되어 있다.The filament mounting block 226 is connected to the support plate 222 by a sharpened connector 228.

지지블록(226)은 필라멘트(160)의 부의 전위로 바이어스된 전자반사기(R)를 지지한다. 이것은 전자를 열적으로 필라멘트에서 방출시켜 전자반사기(230)로부터 이온비임의 영역에 굴절시킨다.The support block 226 supports the electron reflector R biased to the negative potential of the filament 160. This thermally releases electrons from the filaments and refracts them in the region of the ion beam from the electron reflector 230.

고에너지 전자가 전자방출면가 충돌하면 면에 충돌함에 따라 에너지가 고에너지 전자로부터 전달되기 때문에 몸체(174)가 가열된다.When the high-energy electrons collide with the plane when the electron-emitting surface strikes, the body 174 is heated because energy is transferred from the high-energy electrons.

이러한 이유 때문에 냉매(바람직하기로는 물)가 필라멘트 (160)에 평행하게 연장된 다중신장통로(240)를 통해 제공된다.For this reason, a refrigerant (preferably water) is provided through the multi-extension passage 240 extending parallel to the filament 160.

냉매가 냉매를 단벽(176) 의 통로(243)에 전달하는 이음쇠(242)에 유입튜우브(241)을 통해 제공된다.Refrigerant is provided through the inlet tube 241 to the fitting 242 that delivers the refrigerant to the passage 243 of the end wall 176.

냉매를 제1통로 (240a)에서 인접통로까지 전달하는 아치형 리셋스(244)(제3b도)를 형성하는 제 2단판까지 비임의 통로에 평행한 방향으로 냉매가 몸체에 적용된다.The refrigerant is applied to the body in a direction parallel to the passage of the beam from the first passage 240a to the second end plate forming the arcuate reset 244 (FIG. 3b) that transfers the adjacent passage.

냉매가 이온비임통로를 따라 인접통로(248)를 서로 연결시키는 아치모양의 리셋스(245)를 형성하는 제1단판까지 뒤로 이동하기 때문에 냉매흐름방향이 반대가 된다. 몸체(174)로부 열을 흡수하는 동안 와인딩 루우트를 따라 이동한 후 냉매는 다음통로(240b)를 횡단하고 단판(177)에 형성된 탈출통로(246)를 통해 단판(177)을 탈출시킨다.Since the refrigerant moves backward along the ion beam passage to the first end plate forming the arcuate resets 245 connecting the adjacent passages 248 with each other, the refrigerant flow direction is reversed. After moving along the winding route while absorbing heat from the body 174, the refrigerant traverses the next passage 240b and escapes the end plate 177 through the escape passage 246 formed in the end plate 177.

제3도에 도시했듯이 이음쇠(247) 및 튜우브(248)는 이온주입기로부터 열교환기(도시되지 않음) 까지 가열된 냉매를 저장한다.As shown in FIG. 3, fitting 247 and tubing 248 store heated refrigerant from an ion implanter to a heat exchanger (not shown).

이온비임중화기(150)실험을 통해 아르곤과 같은 이온화가스의 저집속이 고에너지 전자의 영역에 직사하면, 수행이 향상된다.If the low concentration of ionization gas, such as argon, is directly in the region of high energy electrons through the ion beam neutralizer 150 experiment, performance is improved.

이온을 총돌하여 이온화시키면, 이온들이 느려지기 때문에 실린더벽에서 부의 공간전하를 부분적으로 중화시킨다.The ionization by ionizing the ions partially neutralizes the negative space charge on the cylinder wall because the ions slow down.

이 가스는 판(164)과 프랜지(178)을 통해 연장하는 튜우브(250)에 의해 전달된다.This gas is delivered by tubing 250 extending through plate 164 and flange 178.

튜우브(250)는 중화기의 출입단의 몸체(174)의 방출면(S)과 같은 방사상 위치의 중화기에 가스를전달한다. 몸체(174)에 장착된 관통통로는 가스전달 튜우브(250)을 축적한다.The tube 250 delivers gas to the neutralizer in a radial position, such as the discharge surface S of the body 174 of the entrance and exit of the neutralizer. The through passage mounted to the body 174 accumulates the gas delivery tubing 250.

제5도는 몸체(174)에 의해 형성된 하나의 공동내에 위치한 필라멘트 어셈블리(220)을 도시한 확대도이다.5 is an enlarged view of the filament assembly 220 located in one cavity formed by the body 174.

제5도에 도시된 전선필라멘트(160)는 전기절연체(262)에 의해 반사기(R)로부터 공간을 둔 두 개의 나사깎이된 스터드(260)의 중심보어를 통해 연장되어 있다.The wire filament 160 shown in FIG. 5 extends through the central bore of two threaded studs 260 spaced from the reflector R by an electrical insulator 262.

필라멘트(160) 의 반대단은 필라멘트(160)를 통전시키는 외부전원에 접속된 전기접속기( 264), (265)을 클립핑(crimmping)하므로서 접속된다.The opposite end of the filament 160 is connected by clipping the electrical connectors 264 and 265 connected to an external power source for energizing the filament 160.

본 발명의 바람직한 실시예에서 이온비임의 원주 주위에 공간을 둔 각각의 다중의 필라멘트 (160)들은 중화기 몸체(174)보다 직경이 큰 두 개의 환상버스(266),(267)에 의해 에너지원까지 평행하게 접속되어 있고 절연체(268),(269)에 의해 단판(176),(177)에서 공간을 두고 있다.In a preferred embodiment of the present invention, each of the multiple filaments 160 spaced around the circumference of the ion beam is to an energy source by two annular buses 266, 267 having a diameter larger than the neutralizer body 174. It is connected in parallel and has a space in the end plates 176 and 177 by the insulators 268 and 269.

필라멘트는 전류가 필라멘트를 가열하고 열적으로 전자를 방출하는 직류전압과 통전한다. 이들 전자들은 약 직류-300 볼트의 전기전위를 갖고 중화기내의 전기장에 의해 면(S)에 가속된다.The filament is energized with a direct current voltage through which current heats the filament and thermally releases electrons. These electrons have an electrical potential of about DC-300 volts and are accelerated to plane S by the electric field in the neutralizer.

두 개의 스터드(260), (261)의 외부면이 나사깎이되어 장력조종너트(270),(272)가 스터드(260),(262) 위로 나사깎이되어 있다.The outer surfaces of the two studs 260 and 261 are screwed so that the tensioning nuts 270 and 272 are screwed onto the studs 260 and 262.

스프링(274)이 절연체 (262)의 장력조종너트 (270), (272) 간에 잡혀있다.A spring 274 is caught between the tensioning nuts 270 and 272 of the insulator 262.

스터드를 따라 장력너트( 270), (272)의 위치를 조종하므로서 스프링 (274)의 압착을 조종할 수 있어 필라멘트(160)의 장력을 조종한다.By controlling the position of the tension nut 270, 272 along the stud can control the compression of the spring 274 to control the tension of the filament (160).

전원(280)(제1도)은 필라멘트((160)와 반사기(R)을 통전한다.The power supply 280 (FIG. 1) energizes the filament 160 and the reflector R. As shown in FIG.

전류 또는 전압에 대해 어떠한 피드백조종도 필요하지 않는다.No feedback control is needed for current or voltage.

전원이 버스(266),(267)에 접속되고 접지몸체(174)에 대해 직류-300볼트 전압의 반사기를 바이어스 하고 10볼트신호를 병렬 결합필라멘트(160)를 따라 인가된다.A power source is connected to the buses 266 and 267 and biases the reflector of DC-300 volts voltage to the grounding body 174 and applies a 10 volt signal along the parallel coupling filament 160.

주입기가 작동하는 동안 비임전위가 변하기 때문에 중화가 전류가 변하여 비임을 중화시키고 웨이퍼대전을 최소화 한다.Since the nonpotential changes during the operation of the injector, neutralization changes the current to neutralize the beam and minimize wafer charge.

본 발명의 바람직한 실시예를 특이성을 가지고 설명했다. 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않는다면 여러 수정이 가능하다.Preferred embodiments of the invention have been described with specificity. Many modifications are possible without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (10)

(가) 원형공작물을 처리하는데 이용되는 양으로 대전된 전하를 방출하는 이온비임소오스와 (나)이온이 있는 이온비임 소오스로부터 이온비임을 형성하는 구조를 포함하는 비임형성수단과 (다)이온비임의 원형공작물을 위치시키고 주입선량을 제어하는 구조를 포함하는 주입수단과 (라)(i) 비임중화전자를 제공하는 안쪽으로 마주한 만곡면을 가진 이온비임을 둘러싸는 실린더형 금속부재와 (ⅱ)고에너지 전자를 금속부재의 안쪽으로 마주한 면과 접촉하게 직사하도록 위치하고 중화전자를 이온비임의 영역에 들어가게 하는 다수의 필라멘트를 포함하는 비임중화수단과 (마)다수의 필라멘트에 대해 실린더형 금속부재를 전기적으로 바이어스하는 전원수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형공작물을 이온비임 처리하는 이온주입기.(A) beam forming means and (c) ion beams comprising a structure for forming an ion beam from an ion beam source releasing a positively charged charge and an ion beam source with (b) ions used to treat the circular workpiece. (I) a cylindrical metal member enclosing an ion beam having an inwardly facing curved surface for providing non-neutralizing electrons; (E) non-neutralizing means comprising a plurality of filaments positioned so as to direct high-energy electrons into contact with the inner facing surface of the metal member and allowing the neutralized electrons to enter the region of the ion beam, and (e) a cylindrical metal member for a plurality of filaments. An ion implanter for ion beam treatment of the circular workpiece, characterized in that it comprises an electric biasing power supply means. 제1항에 있어서 필라멘트는 이온비임축에 평행하게 연장된 신장된 전선 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 원형공작물을 이온비임 처리하는 이온주입기.The ion implanter of claim 1, wherein the filament comprises an extended wire filament extending parallel to the ion beam axis. 제2항에 있어서 실린더형 금속부재는 이온비임 주위에 규칙적인 간격으로 전선 필라멘트를 위치시키기 위해 규칙적으로 공간을 둔 필라멘트지지대 공동을 가진 부재몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 원형공작물을 이온비임 처리하는 이온주입기.3. The method of claim 2 wherein the cylindrical metal member comprises a member body having a filament support cavity spaced regularly to position the wire filaments at regular intervals around the ion beam. Ion implanter. (가)양으로 대전된 이온비임을 발생시키고 비임이동통로를 따라 이온비임은 직사하여 원형공작물에 총돌시키는 소오스수단과 (나) 원형공작물을 주입장소의 이온비임내에 위치시키는 원형공작물 위치수단과 (다) 비임 이동통로를 따라 주입장소앞에 위치하고 비임 중화영역을 통해 고에너지 전자를 직사하는 전자발생수단과 (라) 비임 중화영역을 통고하고 비임중화영역내에 저에너지 이차전자를 제공하는 고에저지전자를 차단하는 전도수단과 (마)전자 발생수단으로부터 전도수단까지 전자를 가속시키는 전도수단에 대한 전기전위로 전자발생수단을 바이어싱 하는 전원 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임 주입장치.(A) Source means for generating positively charged ion beams and directing the ion beams along the beam travel path to be projected onto the circular workpieces; (B) Circular workpiece positioning means for placing the circular workpieces in the ion beams at the injection site; C) Electron generation means located in front of the beam injection path in front of the injection site and directing high energy electrons through the beam neutralization zone; and (d) High-edge electrons notifying the beam neutralization zone and providing low-energy secondary electrons within the non-beam neutralization zone. And (e) power source means for biasing the electron generating means with an electrical potential to the conducting means for accelerating electrons from the electron generating means to the conducting means. 제4항에 있어서, 전자발생수단은 열적으로 전자를 방출하는 다수의 전선 필라멘트를 포함하고 전도수단은 실린더형 금속부재와 안쪽으로 마주한 면을 포함하고 전원공급수단은 다수의 전선 필라멘트를 따라 전위를 공급하는 것을 특징으로 하는 이온비임 주입장치.5. The method of claim 4, wherein the electron generating means comprises a plurality of wire filaments that thermally emit electrons, the conducting means comprises a face facing inwardly with the cylindrical metal member and the power supply means is capable of dislocation along the plurality of wire filaments. Ion beam injection device characterized in that the supply. 제5항에 있어서, 가스를 안쪽으로 마주한 면의 안쪽 방사상 영역에 직사하여 상기 영역에 저에너지 이온을 제공하는 이온화 가스의 소오스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임 주입장치.6. The ion beam implanter of claim 5, further comprising a source of ionizing gas that provides a low energy ion to said region by directing it to an inner radial region of the face facing the gas inwardly. (가)이온비임을 금속몸체에 통과하도록 크기를 한 통로를 가진 금속몸체, 이온비임에 대한 고정전기 전위에 유지된 상기 금속 몸체와, (나)규칙적인 공간을 두고 금속몸체를 통해 이온비임 운동방향에 평행하게 방향을 한 다수의 신장된 전사방출 필라멘트 금속몸체에 기계적으로 연결되고 금속몸체와 전기적으로 고립된 상기 필라멘트와 (다) 이온비임에 대한 극속몸체를 설치하는 지지구조와 (라)금속몸체에 대한 부의 전위로 전자방출 필라멘트를 바이어싱 하고 전자를 방출하기에 충분하게 필라멘트를 가열하는 전류를 설정하기 위해 필라멘트를 따라 전위를 인가하는 전원수단과 (마) 필라멘트로부터의 고에너지 전자가 실린더형면과 마주함에 따라 저에너지 전자를 방출하기 위해 일반적으로 실린더형 면과 마주한 이온비임을 포함하는 금속몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임 중화기.(A) a metal body having a passage sized to pass an ion beam through the metal body, the metal body maintained at a fixed electrical potential for the ion beam, and (b) ion beam movement through the metal body with a regular space (D) a support structure for installing the filament mechanically connected to a plurality of elongated transfer-emitting filament metal bodies oriented parallel to the direction and electrically isolated from the metal body, and (c) an ultra-fast body for the ion beam; (E) power means for biasing the electron-emitting filament with a negative potential relative to the body and applying a potential along the filament to set a current that heats the filament sufficiently to emit electrons, and (e) high-energy electrons from the filament Metal bodies, which generally include ion beams facing the cylindrical face to emit low energy electrons as they face the face Ion beam neutralizer comprising a. 제7항에 있어서, 금속몸체는 고에너지 전자가 실린더형면과 충돌하므로서 발생한 열을 줄이기 위해 몸체를 통해 냉매를 제공하는 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 이온비임 중화기.8. The ion beam neutralizer of claim 7, wherein the metal body forms a passage for providing a refrigerant through the body to reduce heat generated by collision of high energy electrons with the cylindrical surface. 제8항에 있어서, 지지대 구조는 냉매를 금속몸체에서 및 로부터 제공하는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임 중화기.9. The ion beam neutralizer of claim 8, wherein the support structure comprises a structure for providing refrigerant to and from the metal body. 제8항에 있어서, 이온화가스를 금속몸체의 실린더형면의 방사상 내측 영역으로 직사하는 가스소오스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온비임 중화기.9. The ion beam neutralizer of claim 8, further comprising a gas source that directs the ionizing gas into a radially inner region of the cylindrical surface of the metal body.
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